2014年國家環(huán)保相關(guān)部門提出電站燃煤鍋爐煙氣排放要達到超低排放的要求以來，國內(nèi)各鍋爐制造廠紛紛研制低氮燃燒技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐，并在2016年開始陸續(xù)投入運行，運行結(jié)果表明，在燃用5000kcal/kg左右的煙煤時，大多數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐，NOx原始排放均可以達到120～150mg/Nm3范圍內(nèi)，然后通過爐膛出口的SNCR脫硝工藝進行脫硝，就可以滿足NOx≤50mg/Nm3的超低排放要求。

這些燃煤低氮燃煤技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐運行以來，也出現(xiàn)了諸多的問題，例如為了煙氣排放達標(biāo)，設(shè)計時床溫和氧

量選取都比較低，帶來的后果是鍋爐熱效率過低;有的鍋爐低負(fù)荷時NOx原始排放濃度達不到≤50mg/Nm3的要求，但是爐膛出口煙氣溫度又不能達到SNCR脫硝溫度窗口要求，噴入的氨水起不到作用，造成氨逃逸嚴(yán)重，引起尾部末級空預(yù)器管箱硫酸氫氨的堵塞與低溫腐蝕。

針對燃煤循環(huán)流化床鍋爐出現(xiàn)的一系列問題，作者提出個人的一些解決方案，供同行參考。

高溫旋風(fēng)分離器

1.1 主要問題

根據(jù)國內(nèi)科研單位的研究發(fā)現(xiàn)，分離器分離下來的循環(huán)灰含有未燃燼的焦碳，在爐膛中可以將一部分NO還原成N和O,因此爐膛中高濃度灰有利于降低NO原始生成量，因此國內(nèi)各鍋爐制造廠家在研制低氮燃煤技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐時，對高溫旋風(fēng)分離器的研究投入了大量的精力，來提高高溫分離器的分離效率。早期設(shè)計時，設(shè)計人員選取分離器進口煙氣速度為25～28m/s,使得高溫旋風(fēng)分離器的分離器分離效率非常高，爐膛差壓達到了驚人的2.5～3KPa。帶來的問題就是：

(1)鍋爐滿負(fù)荷運行時，爐膛差壓無法控制，一直往上漲，床溫一直在下降，為了維持床溫，運行人員只能人工放循環(huán)灰，給鍋爐運行帶來了安全隱患。

(2)高溫分離器筒體內(nèi)的煙氣阻力非常大，超過了2.5～3KPa,相應(yīng)增加了鍋爐的煙氣阻力，一般在4.5～5KPa左右，增加了引風(fēng)機的廠用電。

(3)爐膛極易塌灰，尤其是在低負(fù)荷運行工況下頻繁塌灰，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運行。

(4)如果爐膛煙氣速度選取過高，加上爐膛中的高濃度灰，容易引起水冷壁管的磨損。

1.2 解決方案

根據(jù)作者在浙江幾家熱電廠了解，高溫高壓參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐，采用了新設(shè)計的高溫分離器，可以使?fàn)t膛中的灰濃度保持在合理的范圍內(nèi)，燒5000kcal/kg的煙煤時，完全可以做到NOx原始排放濃度≤90mg/Nm3,然后再通過SNCR脫硝工藝脫硝，達到≤50mg/Nm3的超低排放要求。設(shè)計人員通過降低分離器進口煙氣速度，減少中心筒插入煙道的高度，加大分離器筒體進口高度與寬度的比例，可以保證高溫旋風(fēng)分離器的分離效率，以減少分離器筒體內(nèi)的煙氣阻力。浙江一家熱電廠一臺新的170t/h高溫高壓參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐運行表明，分離器筒體內(nèi)的煙氣阻力只有1.5KPa,鍋爐煙氣阻力為3.5KPa;鍋爐滿負(fù)荷運行或較高負(fù)荷運行時，從未發(fā)生爐膛塌灰現(xiàn)象。

布風(fēng)系統(tǒng)

2.1 主要問題

不少的鍋爐廠家，在研制低氮燃燒技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐時，根據(jù)“布風(fēng)均勻”這一概念來研制布風(fēng)板風(fēng)帽及接管。根據(jù)這二年作者在幾家熱電廠做的調(diào)研來看，循環(huán)流化床鍋爐“布風(fēng)均勻”這一概念值得商榷，因為鍋爐運行當(dāng)中，“布風(fēng)均勻”這一概念與布風(fēng)板上床料粒度的分布規(guī)律是相違背的。在鍋爐運行當(dāng)中，爐膛下部前墻布置有3～4根給煤管，前墻的床料為大顆?；蜉^大顆粒的煤顆粒及沿前墻水冷壁管貼壁向下方流的較大的內(nèi)循環(huán)灰顆粒;兩側(cè)墻為沿水冷壁管貼壁向下方流的較大內(nèi)循環(huán)灰顆粒;而后墻布置有二只返料口，大量的返料循環(huán)灰進入到后墻床層中，同時后墻也存在著向下貼壁流的大顆粒內(nèi)循環(huán)灰;而布風(fēng)板中間為細(xì)顆粒的床料。如果根據(jù)“布風(fēng)均勻”的概念來設(shè)計布風(fēng)系統(tǒng)時，就會出現(xiàn)整個布風(fēng)板流化風(fēng)量相同的情況;但是根據(jù)流體運動規(guī)律，布風(fēng)板哪個位置阻力較小，風(fēng)量就會往哪里走，產(chǎn)生所謂的“溝流”現(xiàn)象。布風(fēng)板中間由于是大量的細(xì)顆粒，阻力較小，因此大量的風(fēng)量就會往布風(fēng)板中間走，帶來的后果是：

(1)流化不良，作者在現(xiàn)場看到，一臺150t/h高溫高壓參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐，在做薄料層冷態(tài)試驗時，床層高低不平。

(2)排渣管排黑渣。

(3)鍋爐運行時兩邊排渣管排出的渣粗細(xì)不同;爐膛下部床層溫度不均勻，嚴(yán)重的兩邊煙氣壓力也不相同。

(4)低負(fù)荷運行時，床層結(jié)焦;排渣口出現(xiàn)冒紅火、結(jié)焦、堵塞等問題，運行人員頻繁桶排渣管，給鍋爐運行帶來了安全隱患。

(5)低負(fù)荷時，NOx原始排放濃度≥50mg/Nm3,由于爐膛出口脫硝煙氣溫度窗口低，噴氨后氨逃逸嚴(yán)重;同時，由于“溝流”的存在，在床層局部會產(chǎn)生“高氧量”、“高床溫”現(xiàn)象，從而產(chǎn)生“高NOx”生成量，因此低負(fù)荷NOx原始生成量無法達到超低排放的要求，這是低氮燃燒技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展遇到的較大的問題。

2.2 解決方案

作者建議設(shè)計人員首先要改變布風(fēng)板設(shè)計的理念，將“布風(fēng)均勻”改為“流化良好”的理念。根據(jù)床層床料顆粒度大小的分布規(guī)律，來重新分配整個布風(fēng)板上風(fēng)量的大小，與之對應(yīng)的風(fēng)帽和接管的阻力也要重新布置。江蘇一家鍋爐制造廠家，研發(fā)的專*技術(shù)——變阻力、變節(jié)距布風(fēng)板，就取得了較好的效果。低負(fù)荷運行工況下，不用噴氨水，NOx原始排放濃度達到≤50mg/Nm3的排放要求，排渣管排白渣，不冒紅火，二邊排出的渣粗細(xì)相同，床溫和煙氣壓力都比較均勻。

二次風(fēng)系統(tǒng)

3.1 主要問題

早期制造，甚至這二年制造的循環(huán)流化床鍋爐，二次風(fēng)布置，還是采用傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計理念：上、下二層布置，二次風(fēng)管數(shù)量多，風(fēng)管噴口直徑小，噴口處的空氣速度設(shè)計為50-70m/s范圍內(nèi)。這種設(shè)計對物料的擾動和補氧效果不理想，在燃用5000kcal/kg的煙煤時，飛灰可燃物在8-10%左右，有的鍋爐更高。對于是否取消下層二次風(fēng)管，爭議較大，保留的觀點認(rèn)為下層二次風(fēng)可以減少CO的生成量，減少爐渣可燃物。然而作者在浙江一家熱電廠現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，一臺150t/h高溫高壓參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐，在降低一次風(fēng)量后，CO排放濃度下降，由當(dāng)時的56ppm直接降到了零，現(xiàn)場做完能效測試的國家特檢院的工作人員也不相信這種情況，臨時再增加一把煙氣*和煙氣分析儀再檢測，結(jié)果還是零。事后作者分析，降低一次風(fēng)量后，二次風(fēng)噴口處的煙氣背壓相應(yīng)減少，二次風(fēng)的補氧效果得到加強，使得CO降低。隨后作者在其它熱電廠幾臺爐子上也發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律。

下層二次風(fēng)對降低爐渣可燃物幾乎沒有作用，原因是下層二次風(fēng)量所占比例太小，噴口又布置在密相床物料濃度較高的位置。通過對幾臺鍋爐觀察，發(fā)現(xiàn)排渣好的鍋爐，流化良好;而排黑渣的鍋爐，流化狀態(tài)非常差。由此可見，流化是否良好決定爐渣可燃物的高低。

3.2 解決方案

二次風(fēng)管采用單層布置，噴口數(shù)量要少，直徑要大，噴口處空氣速度設(shè)計速度在80～100m/s范圍內(nèi)(根據(jù)爐膛深度尺寸的大小來選取)。

浙江某熱電廠150t/h高溫高壓參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐廠采用上述設(shè)計理念來設(shè)計二次風(fēng)管，168小時調(diào)試期間，燒5110kcal/kg的煙煤，飛灰可燃物在3～5%范圍內(nèi)，達到了甲方飛灰可燃物≤5%的要求。

爐膛下部結(jié)構(gòu)及爐膛煙氣速度的選取

早期的、甚至這二年來制造的低氮燃燒技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐，有些制造廠還是抱著傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計理念，或者為了節(jié)約鍋爐制造成本，爐膛橫截面設(shè)計的較小，爐膛內(nèi)煙氣速度一般都在4.8～5.2m/s范圍內(nèi)。

案例1:江蘇某造紙廠，建造了一臺某鍋爐廠制造的190t/h次高溫次高壓參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐，摻燒重量比20%的紙渣和污泥。運行不到一年，布置在爐膛前墻中部的四片屏式過熱器嚴(yán)重變形，造成前墻中上部水冷壁管和后墻水冷壁管大面積磨損。經(jīng)作者通過甲方提供的煤質(zhì)資料和爐膛尺寸核算，爐膛煙氣速度超過了4.8m/s。

案例2:浙江余姚某熱電廠建造了一臺某鍋爐廠制造的150t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，摻燒一定比例的污泥。運行不到一年，爐膛水冷壁出現(xiàn)大面積磨損;經(jīng)作者通過甲方提供的煤質(zhì)資料和爐膛尺寸計算，該爐膛煙氣速度超過了4.8m/s。

由于上述二臺鍋爐質(zhì)保期未到，二家鍋爐廠為甲方爐膛免*做了防磨格柵處理。

爐膛水冷壁管防止磨損的解決方案

作者建議，要從根本上解決水冷壁管的磨損問題，就是要將爐膛煙氣速度控制在≤4.5m/s范圍內(nèi)。案例：浙江某熱電廠的一臺90t/h高溫高壓參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐，爐膛煙氣速度設(shè)計為4.5m/s,爐膛下部密相床交界處，鍋爐廠采用了專*技術(shù)——爐膛主動防磨結(jié)構(gòu)(爐膛下部未采用噴涂)。該鍋爐在2023年春節(jié)(已使用了4年時間)停爐正常檢查時，水冷壁管未發(fā)現(xiàn)磨損現(xiàn)象。

循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動階段

6.1 主要問題

近兩年，隨著江蘇和浙江等地環(huán)保政策的加碼，要求燃煤鍋爐在冷態(tài)啟動投煤階段，NOx原始排放濃度也要控制在≤50mg/Nm3。對于循環(huán)流化床鍋爐來說，由于床溫、氧量波動大，爐膛內(nèi)灰濃度不能在短時間內(nèi)建立等因素，使得NOx排放濃度都超標(biāo)。熱電廠只能被當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門罰款。

6.2 解決方案

三年前浙江一家熱電廠向鍋爐制造廠提出，采用新型的“煙氣再循環(huán)”系統(tǒng)來解決循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動投煤階段NOx超標(biāo)的問題，鍋爐廠配置一臺材質(zhì)316L的煙氣再循環(huán)風(fēng)機，進口與引風(fēng)機出口相連接，出口連接到一次風(fēng)出口風(fēng)箱中，在冷態(tài)啟動投煤階段，用控制氧量的方法來控制NOx的濃度，取得了很好的效果。

總 結(jié)

通過對高溫分離器的優(yōu)化、對布風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化以及對二次風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)等措施，使得循環(huán)流化床鍋爐從冷態(tài)啟動投煤到低負(fù)荷原始排放達標(biāo)、再到滿負(fù)荷工況時投入SNCR+SCR脫硝的全負(fù)荷工況，NOx排放都能滿足環(huán)保要求。通過以上技術(shù)改進，循環(huán)流化床鍋爐在燃用5000kcal/kg左右的煙煤時，熱效率可以達到93%以上;同時設(shè)計較低的爐膛煙氣速度，和采用可靠的爐膛防磨結(jié)構(gòu)，爐膛水冷壁可以做到5年內(nèi)不發(fā)生磨損現(xiàn)象。綠色環(huán)保、高效節(jié)能、安全可靠的設(shè)計理念，可以使熱電聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐具有很好的發(fā)展前景。